一种高机械稳定性的柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法

本申请属于钙钛矿太阳能电池，具体涉及一种高机械稳定性的柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、钙钛矿太阳能电池因其成本低廉、制备工艺简单、光电转换效率高等特性而广泛关注，成为目前最具有商业化应用前景的光伏技术。通过在柔性聚合物基底上进行高通量低温沉积制备的柔性钙钛矿太阳能电池，具有可弯折、轻量化的特点，可用于制备柔性发光二极管、柔性光电探测器等。

2、在柔性钛矿太阳能电池中，一方面由于钙钛矿晶格应力大、晶界脆弱，且柔性钛矿太阳能电池中各界面层间粘合韧性差、热膨胀系数失配，导致柔性钙钛矿太阳能电池耐弯折性能较差，机械稳定性较低；另一方面，由于柔性基底存在粗糙度高、热导率低、温度耐受性差等问题，导致沉积的钙钛矿薄膜质量较差，存在较大的残余应力。薄膜残余应力对柔性钙钛矿太阳能电池的光电性能有重要影响，应力诱导柔性钙钛矿薄膜内部产生更多的缺陷态，降低了载流子的传输效率，导致柔性钙钛矿太阳能电池的光电转换效率较低；此外，应力使钙钛矿薄膜器件在弯折的条件下很容易发生断裂，降低了钙钛矿薄膜器件的耐弯折性能。

3、以上两方面因素，导致柔性钙钛矿太阳能电池耐弯折性能较差、机械稳定性较低、光电转换效率低，限制了其实际应用。

技术实现思路

1、本申请提供一种高机械稳定性的柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法，旨在解决现有技术中柔性钙钛矿太阳能电池耐弯折性能较差、机械稳定性较低以及光电转换效率低的问题。

2、为了达到上述目的，本申请采用以下技术方案予以实现。

3、本申请的第一方面，提供一种高机械稳定性的柔性钙钛矿太阳能电池，所述高机械稳定性的柔性钙钛矿太阳能电池为nip结构或pin结构；

4、所述nip结构，从下向上依次包括柔性导电衬底、电子传输层、钙钛矿吸光层、应力缓释层、空穴传输层和金属电极；

5、所述pin结构，从下向上依次包括柔性导电衬底、空穴传输层、钙钛矿吸光层、应力缓释层、电子传输层和金属电极；

6、所述钙钛矿吸光层为fama基钙钛矿；

7、所述应力缓释层包含双铵阳离子盐。

8、在一些实施方案中，所述双铵阳离子盐，其分子结构如式(1)所示：

9、

10、其中，r为未取代或取代的c1-c20烷基、c1-c20烷氧基、c1-c20烷硫基、芳基或杂芳基；

11、r1、r2各自独立地为卤素离子、羧酸根、磺酸根、膦酸根、硼酸根或硅酸根。

12、在一些实施方案中，所述双铵阳离子盐，其分子结构如式(2)所示：

13、

14、其中，r为未取代或取代的c1-c20烷基、c1-c20烷氧基、c1-c20烷硫基、芳基或杂芳基。

15、在一些实施方案中，所述双铵阳离子盐，其分子结构为：

16、

17、在一些实施方案中，所述fama基钙钛矿的结构式为faxma1-xpbi3，其中0＜x＜1。

18、在一些实施方案中，所述电子传输层由二氧化锡、二氧化钛、氧化锌、[6，6]-苯基-c61-丁酸异甲酯或富勒烯中的任意一种或多种的组合制备而成；

19、所述空穴传输层由spiro-ometad、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺、聚三已基噻酚或氧化镍中的任意一种或多种的组合制备而成；

20、和/或：

21、所述金属电极的材质为金或银。

22、在一些实施方案中，所述柔性导电衬底包括导电氧化物和有机聚合物衬底；

23、所述导电氧化物为掺氟氧化锡(fto)或氧化铟锡(ito)；

24、所述有机聚合物衬底为聚萘二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯。

25、本申请的另一方面，提供一种高机械稳定性的柔性钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

26、s1，清洗柔性导电衬底并进行等离子处理；

27、s2，在等离子处理后的柔性导电衬底上形成电子传输层或空穴传输层；

28、s3，将碘化铅前驱液涂覆于电子传输层或空穴传输层上，并进行第一次退火处理，得到碘化铅薄膜；将阳离子溶液涂覆于所述碘化铅薄膜上，进行第二次退火处理，得到fama基钙钛矿吸光层；

29、s4，将双铵阳离子盐溶液涂覆于fama基钙钛矿吸光层表面，并进行退火处理，得到应力缓释层；

30、s5，在s4的薄膜表面形成空穴传输层或电子传输层；

31、s6，蒸镀金属电极，即得高机械稳定性的柔性钙钛矿太阳能电池。

32、在一些实施方案中，步骤s3中，

33、所述碘化铅前驱液，其溶质为碘化铅，其溶剂为n，n-二甲基甲酰胺与二甲基亚砜的体积比为9：1的混合物；

34、所述阳离子溶液，为碘化甲脒、碘化甲胺和氯化甲胺的异丙醇溶液；

35、所述第一次退火处理的温度为60-80℃，退火时间为50-70s；

36、所述第二次退火处理的温度为100-150℃，退火时间为12-15min。

37、在一些实施方案中，步骤s4中，

38、所述双铵阳离子盐溶液，其溶质为双铵阳离子盐，溶剂包括异丙醇、氯苯或n,n-二甲基甲酰胺中的至少一种；

39、本申请中，优选双铵阳离子盐溶液的浓度为2-10mg/ml。

40、所述退火处理的温度为100-150℃，退火时间为60-120s。

41、与现有技术相比，本申请的有益效果为：

42、本申请通过在钙钛矿吸光层表面沉积包含双胺阳离子盐的应力缓释层，利用双胺阳离子盐的双铵阳离子与钙钛矿表面残余的碘化铅结合，来钝化钙钛矿薄膜表面的缺陷，降低钙钛矿吸光层的表面应力，提高了载流子的传输效率，进而提高柔性钙钛矿太阳能电池的机械稳定性和光电转换效率；同时，双胺阳离子盐的阴离子基团与钙钛矿晶界处的有机阳离子产生氢键作用，并与未配位的铅元素发生配位作用，可钝化钙钛矿薄膜表面的缺陷，使薄膜中晶界处的结合力增强。

43、此外双铵阳离子可填充钙钛矿晶界处的阳离子空位，能使薄膜中晶界处的结合力增强，使钙钛矿薄膜的表面和晶界应力得到缓释，减少钙钛矿晶格中的微观缺陷态，进一步提高柔性钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和耐弯折性能。

技术特征：

1.一种高机械稳定性的柔性钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述高机械稳定性的柔性钙钛矿太阳能电池为nip结构或pin结构；

2.根据权利要求1所述的柔性钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述双铵阳离子盐，其分子结构如式(1)所示：

3.根据权利要求2所述的柔性钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述双铵阳离子盐，其分子结构如式(2)所示：

4.根据权利要求3所述的柔性钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述双铵阳离子盐，其分子结构为：

5.根据权利要求1所述的柔性钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述fama基钙钛矿的结构式为faxma1-xpbi3，其中0＜x＜1。

6.根据权利要求1所述的柔性钙钛矿太阳能电池，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的柔性钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述柔性导电衬底包括导电氧化物和有机聚合物衬底；

8.一种高机械稳定性的柔性钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的高机械稳定性的柔性钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤s3中，

10.根据权利要求8所述的高机械稳定性的柔性钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤s4中，

技术总结本申请属于钙钛矿太阳能电池技术领域，公开了一种高机械稳定性的柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法。所述高机械稳定性的柔性钙钛矿太阳能电池为NIP结构或PIN结构；所述NIP结构，从下向上依次包括柔性导电衬底、电子传输层、钙钛矿吸光层、应力缓释层、空穴传输层和金属电极；所述PIN结构，从下向上依次包括柔性导电衬底、空穴传输层、钙钛矿吸光层、应力缓释层、电子传输层和金属电极；所述钙钛矿吸光层为FAMA基钙钛矿；所述应力缓释层包含双铵阳离子盐。本申请通过在钙钛矿吸光层表面沉积应力缓释层，来钝化钙钛矿薄膜表面的缺陷，降低钙钛矿吸光层的表面应力，提高了载流子的传输效率，进而提高柔性钙钛矿太阳能电池的机械稳定性和光电转换效率。技术研发人员：谈利承,陈义旺,钟杨受保护的技术使用者：南昌大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18